CN111800824A - 智能仪表的数据传输系统、驱动接口封装装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能仪表的数据传输系统、驱动接口封装装置及方法，属于通信技术领域。智能仪表的数据传输系统及方法可提高智能仪表的数据传输的稳定性和准确性；智能仪表的驱动接口封装方法及装置实现采用统一的应用程序接口兼容操作系统程序和应用程序两种程序的目的，提高了智能仪表的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及智能仪表的数据传输系统、驱动接口封装装置及方法。
背景技术
随着物联网技术的发展和普及，以及网络成本的降低，智能仪表应运而生。目前我国主要应用的水表、气表等仪表主要为传统机械式仪表，机械仪表存在抄表人力耗费较大、读数准确性受抄表人影响较大、安装环境导致抄表困难、读取计量数据时效性差、数据传输稳定性差、准确性差、耐用性差及灵活性差等缺陷。
发明内容
针对上述问题，现提供一种旨在可提高智能仪表数据传输稳定性、准确性和灵活性的智能仪表的数据传输系统、驱动接口封装装置及方法。
本发明提供了一种智能仪表的数据传输系统，包括：
连接层，用于接收控制信号；
多路复用器，与所述连接层连接，用于通过所述连接层接收多路所述控制信号；
转换单元，连接所述多路复用器，用于将所述控制信号转换为控制指令；
承载控制单元，连接所述转换单元，用于将所述控制指令转化为安全控制协议；
无线资源控制层，连接所述承载控制单元，用于根据所述安全控制协议调用广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序；
数据链路层，连接所述无线资源控制层，用于根据所述无线资源控制层调用的广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序执行建立逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作；
物理层，连接所述数据链路层，用于根据所述逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作进行数据传输。
优选的，所述安全控制协议为EMM协议或ESM协议。
优选的，所述数据链路层包括：
媒体接入控制层，用于存储逻辑通道和传输通道之间的映射，执行建立逻辑连接操作或地址寻址操作；
无线链路控制层，用于采用自动申请重传进行误差纠错操作、串联操作、分割操作、重组操作或重新分割操作；
分组数据协议汇聚子层，用于进行加密操作或解密操作。
本发明还提供了一种智能仪表的数据传输方法，其特征在于，包括：
S1.接收控制信号；
S2.通过连接层接收多路所述控制信号；
S3.将所述控制信号转换为控制指令；
S4.将所述控制指令转化为安全控制协议；
S5.根据所述安全控制协议调用广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序；
S6.根据调用的广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序执行建立逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作；
S7.根据所述逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作进行数据传输。
优选的，所述安全控制协议为EMM协议或ESM协议。
本发明还提供了一种智能仪表的驱动接口封装方法，包括：
对驱动接口进行封装，获取统一的应用程序接口；
将与所述应用程序接口对应的应用程序存储于第一存储单元中；
将与所述应用程序的接口对应的接口地址和与操作系统程序对应的接口地址存储于第二存储单元中；
执行所述应用程序时，根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口；
执行所述操作系统程序时，根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口。
优选的，一种智能仪表的驱动接口封装装置，包括：
封装单元，用于对驱动接口进行封装，获取统一的应用程序接口；
第一存储单元，用于存储与所述应用程序接口对应的应用程序；
第二存储单元，用于存储与所述应用程序的接口对应的接口地址和与操作系统程序对应的接口地址；
第一执行单元，执行所述应用程序时，用于根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口；
第二执行单元，执行所述操作系统程序时，用于根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口。
上述技术方案的有益效果：
本技术方案中，智能仪表的数据传输系统及方法可提高智能仪表的数据传输的稳定性和准确性；智能仪表的驱动接口封装方法及装置实现采用统一的应用程序接口兼容操作系统程序和应用程序两种程序的目的，提高了智能仪表的灵活性。
附图说明
图1为本发明所述的智能仪表的数据传输系统的一种实施例的示意图；
图2为本发明所述的智能仪表的数据传输方法的一种实施例的流程图；
图3为本发明所述的智能仪表的驱动接口封装装置的一种实施例的模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，本实施提供了一种智能仪表的数据传输系统，包括：
连接层，用于接收控制信号；
多路复用器，与所述连接层连接，用于通过所述连接层接收多路所述控制信号；
转换单元，连接所述多路复用器，用于将所述控制信号转换为控制指令；
承载控制单元，连接所述转换单元，用于将所述控制指令转化为安全控制协议；
其中，所述安全控制协议为EMM(Evolved Mobility Management)协议或ESM(Evolved Session Management)协议。EMM协议提供高层移动服务的控制和连接管理功能，它同时提供ESM和EMM的安全控制协议。ESM协议提供处理EPS承载上下文的程序。与RRC提供的承载控制一起，它提供了对用户平面承载器的控制。除了附加程序外，ESM消息的传输在EMM过程中暂停。
无线资源控制层(Radio Resource Control，RRC)，连接所述承载控制单元，用于根据所述安全控制协议调用广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序；
无线资源控制层提供广播数据、寻呼、RRC连接管理、无线承载器配置和低层移动程序。
数据链路层，连接所述无线资源控制层，用于根据所述无线资源控制层调用的广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序执行建立逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作；
物理层(physical layer)，连接所述数据链路层，用于根据所述逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作进行数据传输。
物理层实现3GPP TS36.211、3GPP TS36.212、3GPP TS36.213定义的功能，为上层数据链路层提供数据传输服务。通过媒体接入控制层使用传输通道使用这些服务，传输块定义为媒体接入控制层和物理层相互传递的数据。当从网络接收到上行授权时，传输块被传送到较低层进行传输。
在本实施例中，智能仪表的数据传输系统可提高智能仪表的数据传输的稳定性和准确性。智能仪表的数据传输系统采用的MN25模组还有一些软件模块支持设备的高级注册、承载管理和SIM卡支持。MN25模组通过AT命令接口与外部设备连接。为了支持多个通道，还有一个遵循3GPP TS 27.010协议规范的多路复用器，多路复用器通过连接层连接到外部设备，在MN25模组中，连接层使用UART。
本实施例的智能仪表的数据传输系统采用MT2625芯片，MT2625芯片是联发科技的第一款NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)专属芯片，具备超高集成度，将arm Cortex-M微控制器(MCU)、伪静态随机存储器(PSRAM)、闪存与电源管理单元(PMU)整合在同一芯片平台上。高集成度不仅带来了更小巧的封装尺寸，而且有助于降低芯片成本和加快上市时间，满足对成本敏感及小体积的物联网设备的需求。此外，MT2625芯片通过在MCU和PSRAM等组件上加载低功耗技术，使得采用智能仪表的数据传输系统的物联网设备，能够搭配免充电电池达到长时间待机，符合低功耗广域物联网的要求。
MT2625芯片支持NB-IOT，构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IOT的优势主要体现在超强覆盖，相对GPRS而言，有20dB的信号增益，超低功耗，5000mAh的电量大约可持续使用十年；超大连接，一个扇区可以支持数万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构，以及超低成本，NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。
在优选的实施例中，所述数据链路层包括：
媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)，用于存储逻辑通道和传输通道之间的映射，执行建立逻辑连接操作或地址寻址操作；
媒体接入控制层提供逻辑通道和传输通道之间的映射，属于一个或不同逻辑通道的MAC服务数据单元多路复用/解复用到/从物理层发送到/从物理层发送的传输块，随机访问过程，缓冲区状态/数据量上报、通过hybird(混合模式)自动重复请求纠正错误、一个设备的逻辑通道之间的优先级处理和填充。
无线链路控制层(Radio Link Control，RLC)，用于采用自动申请重传进行误差纠错操作、串联操作、分割操作、重组操作或重新分割操作；
无线链路控制层提供上层数据包单元的传输，通过自动申请重传(ARQ)进行纠错，RLC SDU(Service Data Units，服务数据单元)的串联、分割和重组操作，RLC PDU(PacketData Units，协议数据单元)的重新分割操作，RLC PDU的重复检测和重排，RLC SDU的丢弃和重建操作。
分组数据协议汇聚子层(Packet Divergence Control Protocol，PDCP)，用于进行加密操作或解密操作。
PDCP协议提供包头压缩和解压缩，用户数据传输、在pdp(Packet Data Protocol，分组数据协议)重新建立过程中按顺序传递上层PDU用于RLC确认模式操作、在PDU重新建立过程中对下层SDU进行重复检测用于RLC AM、加密操作和解密操作，以及超时的上行SDU的丢弃操作。
如图2所示，本实施例提供了一种智能仪表的数据传输方法，包括：
S1.接收控制信号；
S2.通过连接层接收多路所述控制信号；
S3.将所述控制信号转换为控制指令；
S4.将所述控制指令转化为安全控制协议；
其中，所述安全控制协议为EMM协议或ESM协议。
S5.根据所述安全控制协议调用广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序；
S6.根据调用的广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序执行建立逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作；
S7.根据所述逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作进行数据传输。
在本实施例中，智能仪表的数据传输方法可提高智能仪表的数据传输的稳定性和准确性。
本实施例提供了一种智能仪表的驱动接口封装方法，包括：
对驱动接口进行封装，获取统一的应用程序接口；
将与所述应用程序接口对应的应用程序存储于第一存储单元中；
将与所述应用程序的接口对应的接口地址和与操作系统(OS)程序对应的接口地址存储于第二存储单元中；
执行所述应用程序时，根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口；
执行所述操作系统程序时，根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口。
在本实施例中，智能仪表的驱动接口封装方法实现采用统一的应用程序接口兼容操作系统程序和应用程序两种程序的目的，提高了智能仪表的灵活性。
本实施例中智能仪表的驱动接口封装方法采用Romapi技术，Romapi技术是基于MT2625芯片的硬件资源实现，通过对驱动接口进行初步封装，并将封装后的接口与APP共享，实现了底层OS程序和应用程序(APP)的独立开发和底层OS复用。其基本实现原理是，底层OS和APP使用相同的应用程序接口(api)定义文件(.h文件)，在MT2625芯片的内存区域划分两个个独立的内存空间(第一存储单元和第二存储单元)，其中一个用于存储接口地址，另一个用于烧写APP。在程序运行时，App作为FreeRTOS的一个任务运行，APP根据接口定义文件中提供的接口地址和其中定义的接口数据结构，调用所需接口，以实现所需功能。APP可通过IAR,KEIL等工具开发，与底层OS分别独立开发，同时又实现了硬件共享，目前已实现共享的硬件资源有定时器、RTC时钟、串口、GPIO、显示屏等。
在实际应用中，底层OS提供的接口主要有：
Debug程序：支持genie工具的log输出，用于开发过程的debug；
屏幕显示单元：支持屏幕显示，用于时间、软件版本号、用量等内容的显示；
阀门控制单元：支持水阀的开关控制；
计数单元：支持双干簧管、单干簧管、无磁等计数方式；
数据记录单元：支持24小时用量、累积量、充值金额及余额等数据的记录；
按键单元：包含一个按键，支持长按发起通讯和短按切换屏显的功能；
Onenet平台：支持用户主动按键发起通讯及定时发起通讯，与平台端进行数据交互；
状态灯电路：支持红绿两颗LED灯，用以表示设备的不同状态
APP的工作原理：APP的主要构成包括初始化，while循环和定时器三部分。
初始化部分主要完成屏幕初始化、阀状态监测初始化、计数GPIO初始化、按键初始化、使能码读取、网络时间同步、msg队列初始化等工作；
While循环部分主要功能是根据来自定时器和中断callback的消息，调用不同的接口对消息时间进行处理，主要实现按键短按切换屏幕显示和长按发起通讯、主动按键发起的通讯、复位发起的通讯、定时器到时触发的通讯、干簧管计数逻辑、磁攻击、无磁计量的逆流检测、低电压告警、读写NVDM、网络状态相关数据获取等内容；
定时器主要用于设定和处理定时事件，在到时后发送消息到消息队列，由while循环处理，主要包括内存数据检查(防止数据错乱)，定时上报，记录分段用量，定时开关阀门等。
在本实施例中，基于Romapi技术和MT2625芯片所提供的的硬件资源，可以分类封装为标准化的软件api接口提供给APP开发者，使其可以根据其需求进行硬件开发，由此实现在不开放源代码的情况下，开放硬件资源和软件功能。
如图3所示，本实施例提供了一种智能仪表的驱动接口封装装置，包括：
封装单元11，用于对驱动接口进行封装，获取统一的应用程序接口；
第一存储单元12，用于存储与所述应用程序接口对应的应用程序；
第二存储单元13，用于存储与所述应用程序的接口对应的接口地址和与操作系统程序对应的接口地址；
第一执行单元14，执行所述应用程序时，用于根据所述第二存储单元13中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口；
第二执行单元15，执行所述操作系统程序时，用于根据所述第二存储单元13中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口。
在本实施例中，智能仪表的驱动接口封装装置实现采用统一的应用程序接口兼容操作系统程序和应用程序两种程序的目的，提高了智能仪表的灵活性。
智能仪表的驱动接口封装装置的优势有：底层OS和APP分别独立开发，提高了开发效率，保证了源代码的保密性；底层OS和APP分别独立开发的过程中，可以互相适应，分别优化，增加了开发过程的灵活性；运用Romapi技术进行标准化的接口封装，实现一套接口实现多种仪表功能；将APP开发由FreeRTOS上的多线程简化为单线程的单片机开发流程，降低了应用开发的复杂性；APP作为FreeRTOS的一个单独任务运行，减少了应用对OS的干扰，降低了调试的难度。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种智能仪表的数据传输系统，其特征在于，包括：
连接层，用于接收控制信号；
多路复用器，与所述连接层连接，用于通过所述连接层接收多路所述控制信号；
转换单元，连接所述多路复用器，用于将所述控制信号转换为控制指令；
承载控制单元，连接所述转换单元，用于将所述控制指令转化为安全控制协议；
无线资源控制层，连接所述承载控制单元，用于根据所述安全控制协议调用广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序；
数据链路层，连接所述无线资源控制层，用于根据所述无线资源控制层调用的广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序执行建立逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作；
物理层，连接所述数据链路层，用于根据所述逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的智能仪表的数据传输系统，其特征在于，所述安全控制协议为EMM协议或ESM协议。
3.根据权利要求1所述的智能仪表的数据传输系统，其特征在于，所述数据链路层包括：
媒体接入控制层(MAC)，用于存储逻辑通道和传输通道之间的映射，执行建立逻辑连接操作或地址寻址操作；
无线链路控制层(RLC)，用于采用自动申请重传进行误差纠错操作、串联操作、分割操作、重组操作或重新分割操作；
分组数据协议汇聚子层，用于进行加密操作或解密操作。
4.一种智能仪表的数据传输方法，其特征在于，包括：
S1.接收控制信号；
S2.通过连接层接收多路所述控制信号；
S3.将所述控制信号转换为控制指令；
S4.将所述控制指令转化为安全控制协议；
S5.根据所述安全控制协议调用广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序；
S6.根据调用的广播程序、寻呼程序、连接管理程序、无线承载器配置程序或移动程序执行建立逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作；
S7.根据所述逻辑连接操作、地址寻址操作或误差纠错操作进行数据传输。
5.根据权利要求4所述的智能仪表的数据传输方法，其特征在于，所述安全控制协议为EMM协议或ESM协议。
6.一种智能仪表的驱动接口封装方法，其特征在于，包括：
对驱动接口进行封装，获取统一的应用程序接口；
将与所述应用程序接口对应的应用程序存储于第一存储单元中；
将与所述应用程序的接口对应的接口地址和与操作系统程序对应的接口地址存储于第二存储单元中；
执行所述应用程序时，根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口；
执行所述操作系统程序时，根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口。
7.一种智能仪表的驱动接口封装装置，其特征在于，包括：
封装单元，用于对驱动接口进行封装，获取统一的应用程序接口；
第一存储单元，用于存储与所述应用程序接口对应的应用程序；
第二存储单元，用于存储与所述应用程序的接口对应的接口地址和与操作系统程序对应的接口地址；
第一执行单元，执行所述应用程序时，用于根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口；
第二执行单元，执行所述操作系统程序时，用于根据所述第二存储单元中的所述接口地址调用相应的所述应用程序接口。
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